走査電子顕微鏡及び走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法
【課題】小型で、短時間で対物レンズの用途切替ができる走査電子顕微鏡及び走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法を提供することを課題とする。
【解決手段】対物レンズ５９の外側磁極片１０１に、第１ねじ部１２３を設けし、内壁面に第１ねじ部１２３と螺合可能な第２ねじ部１３９が設け、外壁面に、第２ねじ部１３９と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部１４１が形成され、外側磁極片１０１に着脱可能な補助外側磁極片１３３と、補助外側磁極片１３３の第３ねじ部１４１と螺合可能な第４ねじ部１１７を有し、第４ねじ部１１７の軸が試料ステージの回転中心と一致するように試料ステージ上に設けられ、補助外側磁極片１３３が着脱可能な着脱ホルダ１１１とを有する。
【解決手段】対物レンズ５９の外側磁極片１０１に、第１ねじ部１２３を設けし、内壁面に第１ねじ部１２３と螺合可能な第２ねじ部１３９が設け、外壁面に、第２ねじ部１３９と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部１４１が形成され、外側磁極片１０１に着脱可能な補助外側磁極片１３３と、補助外側磁極片１３３の第３ねじ部１４１と螺合可能な第４ねじ部１１７を有し、第４ねじ部１１７の軸が試料ステージの回転中心と一致するように試料ステージ上に設けられ、補助外側磁極片１３３が着脱可能な着脱ホルダ１１１とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡及び走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡において、対物レンズの形状は、装置の分解能を決める重要な要因をしめている。従って、分解能を向上するには、対物レンズの収差係数を小さくしなければならない。そこで、試料上の磁界を強くしたインレンズ型、あるいは、セミインレンズ型（強磁界対物レンズ）の対物レンズを採用することにより、収差係数を3mm以下としている。また、磁化しやすい試料やEBSD（後方散乱電子回折を利用して、結晶性試料の方位解析をする方法）による分析時については、試料上に磁界が漏れないようにしなければならない。従来は、各用途別に対物レンズの形状が異なる装置が製作されている。また、対物レンズの下面に検出器や真空度分離用のオリフィスを取り付けたい時も各用途別に対物レンズの形状を変更したりする必要がある場合もある。
【０００３】
対物レンズの用途の変更を行う場合、通常、真空をリークして、対物レンズ全体を交換するか、或いは、取り付ける部品を組み込む等の作業を行なっている。このため、変更に時間がかかるという問題点がある。
【０００４】
そこで、本願出願人は、図５に示すように、対物レンズ１の内側磁極片３と外側磁極片５とを駆動機構７を用いて相対的に光軸に沿って移動可能とすると共に、外側磁極片５の下部に補助磁極片９を駆動機構１１を用いて選択的に配置できるように構成し、単一の対物レンズで用途に応じ異なった軸上磁場分布を短時間で形成できる装置を提案している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０００−１５６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された装置では、内側磁極片と外側磁極片とを光軸に沿って駆動する機構と、補助磁極片を駆動する機構とが必要となり、装置が大型化する問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、小型で、短時間で対物レンズの用途切替ができる走査電子顕微鏡及び走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する請求項１に係る発明は、電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡において、前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部を設け、内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダと、を有することを特徴とする走査電子顕微鏡である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除する制御部を有することを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記制御部は、前記外側磁極片の第１ねじ部に前記補助外側磁極片の第２ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第４ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記着脱ホルダを前記補助外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを他方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部とを螺合させ、更に、前記外側磁極片の第１ねじ部と前記補助外側磁極片の第２ねじ部との螺合を解除することを特徴とする請求項２記載の走査電子顕微鏡である。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記着脱ホルダに、前記第４ねじ部の軸に位置する突部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の走査電子顕微鏡である。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記補助外側磁極片に、非磁性体を介して前記対物レンズの内側磁極片に当接可能な補助内側磁極片を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の走査電子顕微鏡である。
【００１３】
請求項６に係る発明は、電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法であって、前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部が設けられ、内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダとを用い、前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除することを特徴とする走査電子顕微鏡の対物レンズ用途切替方法である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１−５に係る発明によれば、前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部を設け、内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダとを有する。即ち、試料ステージ上に着脱ホルダを設け、既存の試料ステージの駆動機構を用いて、対物レンズの外側磁極片に補助外側磁極片を取り付けることができる。よって、対物レンズの用途切替を行う機構が小型化できる。また、着脱ホルダは、試料交換室を経由して試料室内に置くことが可能となるので、試料室内の真空リークが不要となり、短時間で対物レンズの用途切替ができる。
【００１５】
また、補助外側磁極片の形状を任意に設定することにより、様々な特性の対物レンズへの切替（例えば、セミインレンズから通常のアウトレンズへの切替）を行なうことができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除する制御部を有することにより、自動で、補助外側磁極片を対物レンズの外側磁極片に取り付けることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、前記制御部は、前記外側磁極片の第１ねじ部に前記補助外側磁極片の第２ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第４ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記着脱ホルダを前記補助外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを他方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部とを螺合させ、更に、前記外側磁極片の第１ねじ部と前記補助外側磁極片の第２ねじ部との螺合を解除することにより、対物レンズの外側磁極片からの補助外側磁極片の取り外しも可能である。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、前記着脱ホルダに、前記第４ねじ部の軸に位置する突部を設けたことにより、例えば、開き角制御レンズにより電子ビームを集束させて突部を走査像内で確認することにより、突部を対物レンズの光軸、即ち、第１ねじ部の軸に容易に一致させることができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、前記補助外側磁極片に、非磁性体を介して前記対物レンズの内側磁極片に当接可能な補助内側磁極片を設けたことにより、補助内側磁極片の形状を任意に設定することにより、様々な特性の対物レンズへの用途切替（例えば、セミインレンズや通常のアウトレンズ）を行なうことができる。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法であって、前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部が設けられ、内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダとを用い、前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除する。即ち、試料ステージ上に着脱ホルダを設け、既存の試料ステージの駆動機構を用いて、対物レンズの外側磁極片に補助外側磁極片を取り付けることができる。よって、対物レンズの用途切替を行う機構が小型化できる。また、着脱ホルダは、試料交換室を経由して試料室内に置くことが可能となるので、試料室内の真空リークが不要となり、短時間で対物レンズの用途切替ができる。
【００２１】
また、補助外側磁極片の形状を任意に設定することにより、様々な特性の対物レンズ（例えば、セミインレンズから通常のアウトレンズ）を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態の対物レンズ、着脱ホルダを説明する断面図である。
【図２】実施形態の走査電子顕微鏡の全体構成を説明する図である。
【図３】他の補助磁極片の断面図である。
【図４】他の補助磁極片の断面図である。
【図５】従来例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１−図２を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は対物レンズ、着脱ホルダを説明する断面図、図２は本実施形態の走査電子顕微鏡の全体構成を説明する図である。
【００２４】
先ず図２を用いて、走査電子顕微鏡の説明を行う。図において、鏡体５０内の上部には、電子線（電子ビーム）を放出する電子銃５１が設けられている。
【００２５】
鏡体５０の内部には、上から集束レンズ５３、開き角制御レンズ５５、走査コイル５７、対物レンズ５９がそれぞれ設けられている。
【００２６】
鏡体５０の下部に設けられた試料室６０内は真空状態に保持され、その内部には試料ステージ６１が設けられている。この試料ステージ６１は、Z方向（対物レンズ５９の光軸方向），X方向（紙面上で対物レンズ５９の光軸と直交する方向），Y方向（紙面に対して垂直方向）に移動可能となっている。また、試料室６０には、試料からの２次電子（２次的信号）を検出する２次電子検出器６３が設けられている。
【００２７】
この試料室６０に隣接して、試料交換室７０が設けられている。
【００２８】
制御部８１は、電子銃駆動部８３、集束レンズ駆動部８５、開き角制御レンズ駆動部８７、走査コイル駆動部８９、対物レンズ駆動部９１、試料ステージ駆動部９３を介して、電子銃５１、集束レンズ５３、開き角制御レンズ５５、走査コイル５７、対物レンズ５９、試料ステージ６１を駆動するものである。
【００２９】
また、２次電子検出器６３で検出された２次電子の検出信号は、画像信号処理部９５に送られ、これに基づく走査画像データが作成される。この画像データは、制御部８１を介して、表示装置９７に送られ、該データに基づく画像が２次電子像（走査像）として表示される。
【００３０】
対物レンズ５９は、外側磁極片１０１と、内側磁極片１０３と、励磁コイル１０５とからなっている。
【００３１】
そして、本形態例では、対物レンズ５９の外側磁極片１０１、内側磁極片１０３の試料ステージ６１側の端部（下端）に、後述する補助外側磁極片、補助内側磁極片が取り付けられ、様々な特性の対物レンズ（例えば、セミインレンズから通常のアウトレンズへの用途の変更）を得られるようになっている。
【００３２】
図において、試料ステージ６１上には、補助磁極片を保持し、対物レンズ５９に対して補助磁極片を着脱する着脱ホルダ１１１が設けられている。
【００３３】
ここで、図１を用いて、着脱ホルダ１１１、補助磁極片の説明を行う。着脱ホルダ１１１は、試料ステージ６１上に設けられるベース１１３と、ベース１１３に設けられ、補助磁極片を保持する保持部材１１５とからなっている。
【００３４】
ベース１１３は、円柱状のベース本体１１３ａと、ベース本体１１３ａの上面に形成された円筒状の内筒部１１３ｂとからなっている。
【００３５】
保持部材１１５は、円筒状で、ベース１１３の内筒部１１３ｂに外側から嵌合する外筒部１１５ａと、外筒部１１５ａの上側の端部から内側に折曲した天部１１５ｂとからなっている。天部１１５ｂの中央部には穴１１５ｃが形成され、穴１１５ｃの内壁には、第４ねじ部１１７が形成されている。
【００３６】
また、ベース本体１１３ａの中央部には、第４ねじ部１１７の軸と一致するように設けられ、保持部材１１５の天部１１５ｂに向かう突部１１５ｄが形成されている。
【００３７】
更に、ベース１１３の内筒部１１３ｂの外周面には、スプリング１１９が巻回されている。このスプリング１１９の一端部はベース１１３のベース本体１１３ａに当接し、他端部は保持部材１１５の外筒部１１５ａの下端面に当接し、ベース１１３を対物レンズ５９方向に付勢している。
【００３８】
また、ベース１１３の内筒部１１３ｂの周部と、保持部材１１５の外筒部１１５ａの周部とには、２次電子が通過する穴１１３ｃと、穴１１５ｅとが形成されている。
【００３９】
対物レンズ５９の外側磁極片１０１の下部の内壁面側には、非磁性材料でなり、下部が外側磁極片１０１の下面より突出する円環状の取付部材１２１が設けられている。この取付部材１２１の外側磁極片１０１の下面より突出した部分の外周面には、軸が対物レンズ５９の光軸Ｏと一致する第１ねじ部１２３が形成されている。
【００４０】
本実施形態の補助磁極片１３１は、磁性材料でなり一方の面が開放面とされた有底円筒状の補助外側磁極片１３３と、非磁性材料でなり補助外側磁極片１３３の内筒面に設けられた円環状のブラケット１３５と、ブラケット１３５の内側の穴１３５ａの壁面に設けられ、磁性材料でなり内側磁極片１０３に当接可能な補助内側磁極片１３７とからなる。
【００４１】
補助外側磁極片１３３の内筒面には、対物レンズ５９側の第１ねじ部に螺合可能な第２ねじ部１３９が周方向に沿って形成されている。補助外側磁極片１３３の外筒面には、第２ねじ部１３９と同軸で、ねじ切り方向（ねじの巻き方向）が逆方向で、着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７に螺合可能な第３ねじ部１４１が周方向に沿って形成されている。
【００４２】
補助外側磁極片１３３の底部の中央には、穴１３３ａが形成されている。
【００４３】
本実施の形態では、図１に示すような形状の補助磁極片１３１の他に、図３に示すような補助磁極片１３１’も取り付け可能である。補助磁極片１３１と補助磁極片１３１’との相違点は、補助外側磁極片１３３の穴１３３ａの径(φ)と補助外側磁極片１３３’の穴１３３ａ’の径(φ’)である。φ＜φ’であるので、図１に示す補助磁極片１３１が取り付けられた対物レンズは、アウトレンズとして機能し、図３に示す補助磁極片１３１’が取り付けられた対物レンズは、セミインレンズとして機能する。
【００４４】
また、図４に示すように、補助外側磁極片１３３の穴１３３ａにオリフィス２０１や半導体検出器２０３を設けた補助磁極片１３１も取り付け可能である。
【００４５】
ここで、上記構成の作動を説明する。
（補助磁極片の取り付け）
装置外（真空外）で、着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７に、補助磁極片１３１の第３ねじ部１４１を螺合させることにより、着脱ホルダ１１１に補助磁極片１３１を取り付ける。
【００４６】
試料交換と同様な方法で、補助磁極片１３１が取り付けられた着脱ホルダ１１１を試料交換室７０を介して、試料室６０内の試料ステージ６１上に配置する。この時、着脱ホルダ１１１は、第４ねじ部１４１の軸（突部１１５ｄ）が試料ステージ６１の回転中心と一致するようにする。
【００４７】
制御部８１は、開き角制御レンズ５５のレンズ作用によって電子線を着脱ホルダ１１１の突部１１５ｄの上面に集束させるとともに、走査コイル５７の偏向作用により電子線の走査を行う。これにより、突部１１５ｄの走査像の取得及び表示を行う。
【００４８】
次に、突部１１５ｄが対物レンズ５９の光軸Ｏと一致するように試料ステージ６１をX、Y軸方向に駆動する。この動作は、操作者が操作することもできる。この場合、操作者は、表示された上記走査像を目視にて確認しながら駆動走査を行う。
【００４９】
ここで、操作者は、操作部８０（図２参照）の補助磁極片選択ボタンと、補助磁極片取り付けボタンとを押下する。制御部８１は、着脱ホルダ１１１の補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９が対物レンズ５９の第１ねじ部１２３に当接するまで、試料ステージ６１をZ軸方向に沿って上方に駆動する。補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９と、対物レンズ５９の第１ねじ部１２３に第１ねじ部１２３との当接は、試料ステージ６１に設けられている既存の接触検知手段９４（図２参照）の信号を検出することで判別する。尚、第２ねじ部１３９と、第１ねじ部１２３との当接は、表示装置９７にも表示される。
【００５０】
第２ねじ部１３９と第１ねじ部１２３とが当接すると、制御部８１は、試料ステージ６１を一方の方向（反時計方向）に回転させる。すると、補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９と、対物レンズ５９の第１ねじ部１２３とが螺合する。第２ねじ部１３９と第１ねじ部１２３との螺合が終了すると、補助磁極片１３１の回転が止まり、次に、保持部材１１５が一方の方向（反時計方向）に回転を始める。尚、この時、補助磁極片１３１の補助内側磁極片１３７は対物レンズ５９の内側磁極片１０３に当接する。保持部材１１５はスプリング１１９の付勢力に抗しながら下降し、保持部材１１５の第４ねじ部１２３と補助磁極片１３１の第３ねじ部１４１との螺合が解除される。保持部材１１５の第４ねじ部１２３と補助磁極片１３１の第３ねじ部１４１との螺合が解除され、補助磁極片１３１と着脱ホルダ１１１との分離は、接触検知手段９４の信号により判別される。補助磁極片１３１と着脱ホルダ１１１とが分離されると、制御部８１は試料ステージ６１の一方の方向の回転を停止する。尚、補助磁極片１３１と着脱ホルダ１１１との分離は、表示装置９７にも表示される。
【００５１】
制御部８１は、試料ステージ６１を元位置まで下降させると共に、各補助磁極片１３１，１３１’の特性等が記録されたテーブル９６（図２参照）から、選択した補助磁極片１３１に対応したデータを取り込み、試料観察時に用いられる制御テーブル、表示装置９７の操作画面を変更する。
【００５２】
操作者は、試料ステージ６１上の着脱ホルダ１１１を試料交換と同様な方法で、試料室６０から取り出し、試料の観察を行う。
（補助磁極片の取り外し）
試料交換と同様な方法で、着脱ホルダ１１１を試料交換室７０を介して、試料室６０内の試料ステージ６１上に配置する。この時、着脱ホルダ１１１は、第４ねじ部１４１の軸（突部１１５ｄ）が試料ステージ６１の回転中心と一致するようにする。
【００５３】
上記と同様に、制御部８１は、着脱ホルダ１１１の突部１１５ｄの走査像の取得及び表示を行う。次に、突部１１５ｄが対物レンズ５９の光軸Ｏと一致するように試料ステージ６１のをX、Y軸方向での駆動が行われる（上記と同様）。
【００５４】
ここで、操作者は、操作部８０の補助磁極片取り外しボタンを押下する。制御部８１は、着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７が、補助磁極片１３１の第３ねじ部１１４に当接するまで、試料ステージ６１をZ軸方向に沿って上方に駆動する。着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７と、補助磁極片１３１の第３ねじ部１１４との当接は、試料ステージ６１に設けられている接触検知手段９４の信号を検出することで判別する。尚、第４ねじ部１１７と、第３ねじ部１４１との当接は、表示装置９７にも表示される。
【００５５】
第４ねじ部１１７と第３ねじ部１４１とが当接すると、制御部８１は、試料ステージ６１を他方の方向（時計方向）に回転させる。すると、着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７と、補助磁極片１３１の第３ねじ部１４１とが螺合する。第４ねじ部１１７と第３ねじ部１４１との螺合が終了すると、次に、補助磁極片１３１が他方の方向（時計方向）に回転する。保持部材１１５はスプリング１１９の付勢力に抗しながら下降し、対物レンズ５９の第１ねじ部１２３と補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９との螺合が解除される。対物レンズ５９の第１ねじ部１２３と補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９との螺合が解除され、補助磁極片１３１と対物レンズ５９との分離は、接触検知手段９４の信号により判別される。補助磁極片１３１と対物レンズ５９とが分離されると、制御部８１は試料ステージ６１の他方の方向の回転を停止する。尚、補助磁極片１３１と対物レンズ５９との分離は、表示装置９７にも表示される。
【００５６】
そして、制御部８１は、試料ステージ６１を元位置まで下降させる。
【００５７】
操作者は、試料ステージ６１上の着脱ホルダ１１１を試料交換と同様な方法で、試料室６０から取り出す。
【００５８】
このような構成によれば、以下のような効果が得られる。
【００５９】
(1) 試料ステージ６１上に着脱ホルダ１１１を設け、既存の試料ステージ６１の駆動機構を用いて、対物レンズ５９に対して補助磁極片１３１を取り付け/取り外しができる。よって、対物レンズ５９の用途変更を行う機構が小型化できる。また、着脱ホルダ１１１は、試料交換室７０を経由して試料室６０内に配置することが可能となるので、試料室６０内の真空リークが不要となり、短時間で対物レンズ５９の用途変更ができる。
【００６０】
(2) 補助外側磁極片の形状を任意に設定することにより、対物レンズをアウトレンズとして機能させたり、セミインレンズとして機能させたりすることができる。
【００６１】
(3) 着脱ホルダ１１１に、第４ねじ部１１７の軸に位置する突部１１５ｄを設けたことにより、開き角制御レンズ５５により電子線を集束させて突部１１５ｄを走査像内で確認することにより、突部１１５ｄを対物レンズ５９の光軸Ｏ、即ち、第１ねじ部１２３の軸に容易に一致させることができる。
【００６２】
(4) 取り付けられる補助磁極片１３１，１３１’の特性等が記録されたテーブル９６を有することで、交換後もメーカーの作業員による多くの調整が必要なく、すぐに画像観察が可能である。
【００６３】
(5) ねじの螺合により補助磁極片を対物レンズ５９に取り付けるので、精度よく取り付けられる。
【００６４】
尚、本発明は、上記実施の形態例に限定するものではない。上記実施の形態例では、着脱ホルダ１１１の突部１１５ｄが対物レンズ５９の光軸Ｏと一致するように試料ステージ６１をX、Y軸方向に駆動した後は、制御部８１が試料ステージ６１の上昇、回転、下降の制御を行ったが、操作者がスイッチ操作で、試料ステージ６１の上昇、回転、下降を行うようにしてもよい。
【００６５】
また、自動で制御する場合には、画像認識を用いて、着脱ホルダ１１１の突部１１５ｄが対物レンズ５９の光軸Ｏと一致するように、制御部８１が試料ステージ６１をX、Y軸方向に駆動するようにしてもよい。
【００６６】
更に、補助磁極片１３１は、ブラケット１３５，補助内側磁極片１３７がなくてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
５９ 対物レンズ
６１ 試料ステージ
１０１ 外側磁極片
１１１ 着脱ホルダ
１１７ 第４ねじ部
１２３ 第１ねじ部
１３９ 第２ねじ部
１４１ 第３ねじ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡及び走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡において、対物レンズの形状は、装置の分解能を決める重要な要因をしめている。従って、分解能を向上するには、対物レンズの収差係数を小さくしなければならない。そこで、試料上の磁界を強くしたインレンズ型、あるいは、セミインレンズ型（強磁界対物レンズ）の対物レンズを採用することにより、収差係数を3mm以下としている。また、磁化しやすい試料やEBSD（後方散乱電子回折を利用して、結晶性試料の方位解析をする方法）による分析時については、試料上に磁界が漏れないようにしなければならない。従来は、各用途別に対物レンズの形状が異なる装置が製作されている。また、対物レンズの下面に検出器や真空度分離用のオリフィスを取り付けたい時も各用途別に対物レンズの形状を変更したりする必要がある場合もある。
【０００３】
対物レンズの用途の変更を行う場合、通常、真空をリークして、対物レンズ全体を交換するか、或いは、取り付ける部品を組み込む等の作業を行なっている。このため、変更に時間がかかるという問題点がある。
【０００４】
そこで、本願出願人は、図５に示すように、対物レンズ１の内側磁極片３と外側磁極片５とを駆動機構７を用いて相対的に光軸に沿って移動可能とすると共に、外側磁極片５の下部に補助磁極片９を駆動機構１１を用いて選択的に配置できるように構成し、単一の対物レンズで用途に応じ異なった軸上磁場分布を短時間で形成できる装置を提案している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０００−１５６１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された装置では、内側磁極片と外側磁極片とを光軸に沿って駆動する機構と、補助磁極片を駆動する機構とが必要となり、装置が大型化する問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その課題は、小型で、短時間で対物レンズの用途切替ができる走査電子顕微鏡及び走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する請求項１に係る発明は、電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡において、前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部を設け、内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダと、を有することを特徴とする走査電子顕微鏡である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除する制御部を有することを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記制御部は、前記外側磁極片の第１ねじ部に前記補助外側磁極片の第２ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第４ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記着脱ホルダを前記補助外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを他方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部とを螺合させ、更に、前記外側磁極片の第１ねじ部と前記補助外側磁極片の第２ねじ部との螺合を解除することを特徴とする請求項２記載の走査電子顕微鏡である。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記着脱ホルダに、前記第４ねじ部の軸に位置する突部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の走査電子顕微鏡である。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記補助外側磁極片に、非磁性体を介して前記対物レンズの内側磁極片に当接可能な補助内側磁極片を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の走査電子顕微鏡である。
【００１３】
請求項６に係る発明は、電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法であって、前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部が設けられ、内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダとを用い、前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除することを特徴とする走査電子顕微鏡の対物レンズ用途切替方法である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１−５に係る発明によれば、前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部を設け、内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダとを有する。即ち、試料ステージ上に着脱ホルダを設け、既存の試料ステージの駆動機構を用いて、対物レンズの外側磁極片に補助外側磁極片を取り付けることができる。よって、対物レンズの用途切替を行う機構が小型化できる。また、着脱ホルダは、試料交換室を経由して試料室内に置くことが可能となるので、試料室内の真空リークが不要となり、短時間で対物レンズの用途切替ができる。
【００１５】
また、補助外側磁極片の形状を任意に設定することにより、様々な特性の対物レンズへの切替（例えば、セミインレンズから通常のアウトレンズへの切替）を行なうことができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除する制御部を有することにより、自動で、補助外側磁極片を対物レンズの外側磁極片に取り付けることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、前記制御部は、前記外側磁極片の第１ねじ部に前記補助外側磁極片の第２ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第４ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記着脱ホルダを前記補助外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを他方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部とを螺合させ、更に、前記外側磁極片の第１ねじ部と前記補助外側磁極片の第２ねじ部との螺合を解除することにより、対物レンズの外側磁極片からの補助外側磁極片の取り外しも可能である。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、前記着脱ホルダに、前記第４ねじ部の軸に位置する突部を設けたことにより、例えば、開き角制御レンズにより電子ビームを集束させて突部を走査像内で確認することにより、突部を対物レンズの光軸、即ち、第１ねじ部の軸に容易に一致させることができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、前記補助外側磁極片に、非磁性体を介して前記対物レンズの内側磁極片に当接可能な補助内側磁極片を設けたことにより、補助内側磁極片の形状を任意に設定することにより、様々な特性の対物レンズへの用途切替（例えば、セミインレンズや通常のアウトレンズ）を行なうことができる。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法であって、前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部が設けられ、内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダとを用い、前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除する。即ち、試料ステージ上に着脱ホルダを設け、既存の試料ステージの駆動機構を用いて、対物レンズの外側磁極片に補助外側磁極片を取り付けることができる。よって、対物レンズの用途切替を行う機構が小型化できる。また、着脱ホルダは、試料交換室を経由して試料室内に置くことが可能となるので、試料室内の真空リークが不要となり、短時間で対物レンズの用途切替ができる。
【００２１】
また、補助外側磁極片の形状を任意に設定することにより、様々な特性の対物レンズ（例えば、セミインレンズから通常のアウトレンズ）を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態の対物レンズ、着脱ホルダを説明する断面図である。
【図２】実施形態の走査電子顕微鏡の全体構成を説明する図である。
【図３】他の補助磁極片の断面図である。
【図４】他の補助磁極片の断面図である。
【図５】従来例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１−図２を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は対物レンズ、着脱ホルダを説明する断面図、図２は本実施形態の走査電子顕微鏡の全体構成を説明する図である。
【００２４】
先ず図２を用いて、走査電子顕微鏡の説明を行う。図において、鏡体５０内の上部には、電子線（電子ビーム）を放出する電子銃５１が設けられている。
【００２５】
鏡体５０の内部には、上から集束レンズ５３、開き角制御レンズ５５、走査コイル５７、対物レンズ５９がそれぞれ設けられている。
【００２６】
鏡体５０の下部に設けられた試料室６０内は真空状態に保持され、その内部には試料ステージ６１が設けられている。この試料ステージ６１は、Z方向（対物レンズ５９の光軸方向），X方向（紙面上で対物レンズ５９の光軸と直交する方向），Y方向（紙面に対して垂直方向）に移動可能となっている。また、試料室６０には、試料からの２次電子（２次的信号）を検出する２次電子検出器６３が設けられている。
【００２７】
この試料室６０に隣接して、試料交換室７０が設けられている。
【００２８】
制御部８１は、電子銃駆動部８３、集束レンズ駆動部８５、開き角制御レンズ駆動部８７、走査コイル駆動部８９、対物レンズ駆動部９１、試料ステージ駆動部９３を介して、電子銃５１、集束レンズ５３、開き角制御レンズ５５、走査コイル５７、対物レンズ５９、試料ステージ６１を駆動するものである。
【００２９】
また、２次電子検出器６３で検出された２次電子の検出信号は、画像信号処理部９５に送られ、これに基づく走査画像データが作成される。この画像データは、制御部８１を介して、表示装置９７に送られ、該データに基づく画像が２次電子像（走査像）として表示される。
【００３０】
対物レンズ５９は、外側磁極片１０１と、内側磁極片１０３と、励磁コイル１０５とからなっている。
【００３１】
そして、本形態例では、対物レンズ５９の外側磁極片１０１、内側磁極片１０３の試料ステージ６１側の端部（下端）に、後述する補助外側磁極片、補助内側磁極片が取り付けられ、様々な特性の対物レンズ（例えば、セミインレンズから通常のアウトレンズへの用途の変更）を得られるようになっている。
【００３２】
図において、試料ステージ６１上には、補助磁極片を保持し、対物レンズ５９に対して補助磁極片を着脱する着脱ホルダ１１１が設けられている。
【００３３】
ここで、図１を用いて、着脱ホルダ１１１、補助磁極片の説明を行う。着脱ホルダ１１１は、試料ステージ６１上に設けられるベース１１３と、ベース１１３に設けられ、補助磁極片を保持する保持部材１１５とからなっている。
【００３４】
ベース１１３は、円柱状のベース本体１１３ａと、ベース本体１１３ａの上面に形成された円筒状の内筒部１１３ｂとからなっている。
【００３５】
保持部材１１５は、円筒状で、ベース１１３の内筒部１１３ｂに外側から嵌合する外筒部１１５ａと、外筒部１１５ａの上側の端部から内側に折曲した天部１１５ｂとからなっている。天部１１５ｂの中央部には穴１１５ｃが形成され、穴１１５ｃの内壁には、第４ねじ部１１７が形成されている。
【００３６】
また、ベース本体１１３ａの中央部には、第４ねじ部１１７の軸と一致するように設けられ、保持部材１１５の天部１１５ｂに向かう突部１１５ｄが形成されている。
【００３７】
更に、ベース１１３の内筒部１１３ｂの外周面には、スプリング１１９が巻回されている。このスプリング１１９の一端部はベース１１３のベース本体１１３ａに当接し、他端部は保持部材１１５の外筒部１１５ａの下端面に当接し、ベース１１３を対物レンズ５９方向に付勢している。
【００３８】
また、ベース１１３の内筒部１１３ｂの周部と、保持部材１１５の外筒部１１５ａの周部とには、２次電子が通過する穴１１３ｃと、穴１１５ｅとが形成されている。
【００３９】
対物レンズ５９の外側磁極片１０１の下部の内壁面側には、非磁性材料でなり、下部が外側磁極片１０１の下面より突出する円環状の取付部材１２１が設けられている。この取付部材１２１の外側磁極片１０１の下面より突出した部分の外周面には、軸が対物レンズ５９の光軸Ｏと一致する第１ねじ部１２３が形成されている。
【００４０】
本実施形態の補助磁極片１３１は、磁性材料でなり一方の面が開放面とされた有底円筒状の補助外側磁極片１３３と、非磁性材料でなり補助外側磁極片１３３の内筒面に設けられた円環状のブラケット１３５と、ブラケット１３５の内側の穴１３５ａの壁面に設けられ、磁性材料でなり内側磁極片１０３に当接可能な補助内側磁極片１３７とからなる。
【００４１】
補助外側磁極片１３３の内筒面には、対物レンズ５９側の第１ねじ部に螺合可能な第２ねじ部１３９が周方向に沿って形成されている。補助外側磁極片１３３の外筒面には、第２ねじ部１３９と同軸で、ねじ切り方向（ねじの巻き方向）が逆方向で、着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７に螺合可能な第３ねじ部１４１が周方向に沿って形成されている。
【００４２】
補助外側磁極片１３３の底部の中央には、穴１３３ａが形成されている。
【００４３】
本実施の形態では、図１に示すような形状の補助磁極片１３１の他に、図３に示すような補助磁極片１３１’も取り付け可能である。補助磁極片１３１と補助磁極片１３１’との相違点は、補助外側磁極片１３３の穴１３３ａの径(φ)と補助外側磁極片１３３’の穴１３３ａ’の径(φ’)である。φ＜φ’であるので、図１に示す補助磁極片１３１が取り付けられた対物レンズは、アウトレンズとして機能し、図３に示す補助磁極片１３１’が取り付けられた対物レンズは、セミインレンズとして機能する。
【００４４】
また、図４に示すように、補助外側磁極片１３３の穴１３３ａにオリフィス２０１や半導体検出器２０３を設けた補助磁極片１３１も取り付け可能である。
【００４５】
ここで、上記構成の作動を説明する。
（補助磁極片の取り付け）
装置外（真空外）で、着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７に、補助磁極片１３１の第３ねじ部１４１を螺合させることにより、着脱ホルダ１１１に補助磁極片１３１を取り付ける。
【００４６】
試料交換と同様な方法で、補助磁極片１３１が取り付けられた着脱ホルダ１１１を試料交換室７０を介して、試料室６０内の試料ステージ６１上に配置する。この時、着脱ホルダ１１１は、第４ねじ部１４１の軸（突部１１５ｄ）が試料ステージ６１の回転中心と一致するようにする。
【００４７】
制御部８１は、開き角制御レンズ５５のレンズ作用によって電子線を着脱ホルダ１１１の突部１１５ｄの上面に集束させるとともに、走査コイル５７の偏向作用により電子線の走査を行う。これにより、突部１１５ｄの走査像の取得及び表示を行う。
【００４８】
次に、突部１１５ｄが対物レンズ５９の光軸Ｏと一致するように試料ステージ６１をX、Y軸方向に駆動する。この動作は、操作者が操作することもできる。この場合、操作者は、表示された上記走査像を目視にて確認しながら駆動走査を行う。
【００４９】
ここで、操作者は、操作部８０（図２参照）の補助磁極片選択ボタンと、補助磁極片取り付けボタンとを押下する。制御部８１は、着脱ホルダ１１１の補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９が対物レンズ５９の第１ねじ部１２３に当接するまで、試料ステージ６１をZ軸方向に沿って上方に駆動する。補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９と、対物レンズ５９の第１ねじ部１２３に第１ねじ部１２３との当接は、試料ステージ６１に設けられている既存の接触検知手段９４（図２参照）の信号を検出することで判別する。尚、第２ねじ部１３９と、第１ねじ部１２３との当接は、表示装置９７にも表示される。
【００５０】
第２ねじ部１３９と第１ねじ部１２３とが当接すると、制御部８１は、試料ステージ６１を一方の方向（反時計方向）に回転させる。すると、補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９と、対物レンズ５９の第１ねじ部１２３とが螺合する。第２ねじ部１３９と第１ねじ部１２３との螺合が終了すると、補助磁極片１３１の回転が止まり、次に、保持部材１１５が一方の方向（反時計方向）に回転を始める。尚、この時、補助磁極片１３１の補助内側磁極片１３７は対物レンズ５９の内側磁極片１０３に当接する。保持部材１１５はスプリング１１９の付勢力に抗しながら下降し、保持部材１１５の第４ねじ部１２３と補助磁極片１３１の第３ねじ部１４１との螺合が解除される。保持部材１１５の第４ねじ部１２３と補助磁極片１３１の第３ねじ部１４１との螺合が解除され、補助磁極片１３１と着脱ホルダ１１１との分離は、接触検知手段９４の信号により判別される。補助磁極片１３１と着脱ホルダ１１１とが分離されると、制御部８１は試料ステージ６１の一方の方向の回転を停止する。尚、補助磁極片１３１と着脱ホルダ１１１との分離は、表示装置９７にも表示される。
【００５１】
制御部８１は、試料ステージ６１を元位置まで下降させると共に、各補助磁極片１３１，１３１’の特性等が記録されたテーブル９６（図２参照）から、選択した補助磁極片１３１に対応したデータを取り込み、試料観察時に用いられる制御テーブル、表示装置９７の操作画面を変更する。
【００５２】
操作者は、試料ステージ６１上の着脱ホルダ１１１を試料交換と同様な方法で、試料室６０から取り出し、試料の観察を行う。
（補助磁極片の取り外し）
試料交換と同様な方法で、着脱ホルダ１１１を試料交換室７０を介して、試料室６０内の試料ステージ６１上に配置する。この時、着脱ホルダ１１１は、第４ねじ部１４１の軸（突部１１５ｄ）が試料ステージ６１の回転中心と一致するようにする。
【００５３】
上記と同様に、制御部８１は、着脱ホルダ１１１の突部１１５ｄの走査像の取得及び表示を行う。次に、突部１１５ｄが対物レンズ５９の光軸Ｏと一致するように試料ステージ６１のをX、Y軸方向での駆動が行われる（上記と同様）。
【００５４】
ここで、操作者は、操作部８０の補助磁極片取り外しボタンを押下する。制御部８１は、着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７が、補助磁極片１３１の第３ねじ部１１４に当接するまで、試料ステージ６１をZ軸方向に沿って上方に駆動する。着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７と、補助磁極片１３１の第３ねじ部１１４との当接は、試料ステージ６１に設けられている接触検知手段９４の信号を検出することで判別する。尚、第４ねじ部１１７と、第３ねじ部１４１との当接は、表示装置９７にも表示される。
【００５５】
第４ねじ部１１７と第３ねじ部１４１とが当接すると、制御部８１は、試料ステージ６１を他方の方向（時計方向）に回転させる。すると、着脱ホルダ１１１の第４ねじ部１１７と、補助磁極片１３１の第３ねじ部１４１とが螺合する。第４ねじ部１１７と第３ねじ部１４１との螺合が終了すると、次に、補助磁極片１３１が他方の方向（時計方向）に回転する。保持部材１１５はスプリング１１９の付勢力に抗しながら下降し、対物レンズ５９の第１ねじ部１２３と補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９との螺合が解除される。対物レンズ５９の第１ねじ部１２３と補助磁極片１３１の第２ねじ部１３９との螺合が解除され、補助磁極片１３１と対物レンズ５９との分離は、接触検知手段９４の信号により判別される。補助磁極片１３１と対物レンズ５９とが分離されると、制御部８１は試料ステージ６１の他方の方向の回転を停止する。尚、補助磁極片１３１と対物レンズ５９との分離は、表示装置９７にも表示される。
【００５６】
そして、制御部８１は、試料ステージ６１を元位置まで下降させる。
【００５７】
操作者は、試料ステージ６１上の着脱ホルダ１１１を試料交換と同様な方法で、試料室６０から取り出す。
【００５８】
このような構成によれば、以下のような効果が得られる。
【００５９】
(1) 試料ステージ６１上に着脱ホルダ１１１を設け、既存の試料ステージ６１の駆動機構を用いて、対物レンズ５９に対して補助磁極片１３１を取り付け/取り外しができる。よって、対物レンズ５９の用途変更を行う機構が小型化できる。また、着脱ホルダ１１１は、試料交換室７０を経由して試料室６０内に配置することが可能となるので、試料室６０内の真空リークが不要となり、短時間で対物レンズ５９の用途変更ができる。
【００６０】
(2) 補助外側磁極片の形状を任意に設定することにより、対物レンズをアウトレンズとして機能させたり、セミインレンズとして機能させたりすることができる。
【００６１】
(3) 着脱ホルダ１１１に、第４ねじ部１１７の軸に位置する突部１１５ｄを設けたことにより、開き角制御レンズ５５により電子線を集束させて突部１１５ｄを走査像内で確認することにより、突部１１５ｄを対物レンズ５９の光軸Ｏ、即ち、第１ねじ部１２３の軸に容易に一致させることができる。
【００６２】
(4) 取り付けられる補助磁極片１３１，１３１’の特性等が記録されたテーブル９６を有することで、交換後もメーカーの作業員による多くの調整が必要なく、すぐに画像観察が可能である。
【００６３】
(5) ねじの螺合により補助磁極片を対物レンズ５９に取り付けるので、精度よく取り付けられる。
【００６４】
尚、本発明は、上記実施の形態例に限定するものではない。上記実施の形態例では、着脱ホルダ１１１の突部１１５ｄが対物レンズ５９の光軸Ｏと一致するように試料ステージ６１をX、Y軸方向に駆動した後は、制御部８１が試料ステージ６１の上昇、回転、下降の制御を行ったが、操作者がスイッチ操作で、試料ステージ６１の上昇、回転、下降を行うようにしてもよい。
【００６５】
また、自動で制御する場合には、画像認識を用いて、着脱ホルダ１１１の突部１１５ｄが対物レンズ５９の光軸Ｏと一致するように、制御部８１が試料ステージ６１をX、Y軸方向に駆動するようにしてもよい。
【００６６】
更に、補助磁極片１３１は、ブラケット１３５，補助内側磁極片１３７がなくてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
５９ 対物レンズ
６１ 試料ステージ
１０１ 外側磁極片
１１１ 着脱ホルダ
１１７ 第４ねじ部
１２３ 第１ねじ部
１３９ 第２ねじ部
１４１ 第３ねじ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡において、
前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部を設け、
内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、
前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダと、
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、
前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除する制御部
を有することを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項３】
前記制御部は、
前記外側磁極片の第１ねじ部に前記補助外側磁極片の第２ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第４ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記着脱ホルダを前記補助外側磁極片に接触させ、
前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを他方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部とを螺合させ、更に、前記外側磁極片の第１ねじ部と前記補助外側磁極片の第２ねじ部との螺合を解除することを特徴とする請求項２記載の走査電子顕微鏡。
【請求項４】
前記着脱ホルダに、前記第４ねじ部の軸に位置する突部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の走査電子顕微鏡。
【請求項５】
前記補助外側磁極片に、非磁性体を介して前記対物レンズの内側磁極片に当接可能な補助内側磁極片を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の走査電子顕微鏡。
【請求項６】
電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法であって、
前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部が設けられ、
内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、
前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダとを用い、
前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、
前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除することを特徴とする走査電子顕微鏡の対物レンズ用途切替方法。
【請求項１】
電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡において、
前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部を設け、
内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、
前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダと、
を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】
前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、
前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除する制御部
を有することを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項３】
前記制御部は、
前記外側磁極片の第１ねじ部に前記補助外側磁極片の第２ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第４ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記着脱ホルダを前記補助外側磁極片に接触させ、
前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを他方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部とを螺合させ、更に、前記外側磁極片の第１ねじ部と前記補助外側磁極片の第２ねじ部との螺合を解除することを特徴とする請求項２記載の走査電子顕微鏡。
【請求項４】
前記着脱ホルダに、前記第４ねじ部の軸に位置する突部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の走査電子顕微鏡。
【請求項５】
前記補助外側磁極片に、非磁性体を介して前記対物レンズの内側磁極片に当接可能な補助内側磁極片を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の走査電子顕微鏡。
【請求項６】
電子銃から発生した電子ビームを対物レンズによって集束し、試料ステージに配置された試料上に照射するとともに、前記試料上で走査し、試料からの２次的信号を検出して試料の走査像を得る走査電子顕微鏡の対物レンズの用途切替方法であって、
前記対物レンズの外側磁極片の前記試料ステージ側の端部に、前記対物レンズの光軸を軸とする第１ねじ部が設けられ、
内壁面、外壁面のうちどちらか一方の面側に周方向に沿って前記第１ねじ部と螺合可能な第２ねじ部が形成され、内壁面、外壁面のうちの他方の面側に、前記第２ねじ部と同軸で、ねじ切り方向が逆方向の第３ねじ部が形成され、前記外側磁極片に着脱可能な補助外側磁極片と、
前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と螺合可能な第４ねじ部を有し、該第４ねじ部の軸が前記試料ステージの回転中心と一致するように前記試料ステージ上に設けられ、前記補助外側磁極片が着脱可能な着脱ホルダとを用い、
前記着脱ホルダの第４ねじ部に前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部が螺合し、前記第３ねじ部の軸と前記第１ねじ部の軸とが一致した状態で、前記試料ステージを上昇させることにより前記試料ホルダを上昇させて、前記補助外側磁極片を前記対物レンズの外側磁極片に接触させ、
前記試料ステージを回転させることにより前記試料ホルダを一方の方向に回転させて、前記補助外側磁極片の前記第２ねじ部を前記外側磁極片の第１ねじ部に螺合させ、更に、前記補助外側磁極片の前記第３ねじ部と着脱ホルダの第４ねじ部との螺合を解除することを特徴とする走査電子顕微鏡の対物レンズ用途切替方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５４１６９（Ｐ２０１２−５４１６９Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７２４５（Ｐ２０１０−１９７２４５）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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